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    188宝金博页面版: 空化机理和比尺效应综述

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    内容提示： 第 24 卷第 2期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 4 月 空化机理和比尺效应综述 杨 庆， 张建民， 戴光清， 王海云， 吴健强， 苏华英 ( 四川大学高速水力学 国家重点实验室 ， 四川 成都610065) 摘 要 ： 对空化 的形 成机 理 、 液 体 气核存在 机 理 、 空化发 生的 判别指 标 等进行 了总结 回顾 ， 综合分 析 了 液体 粘性 、 表 面张力 、 气核含 量和 压 强分布 等 因素对 空化 初 生 的影 响 ， 对 空化 试 验 中存 在 的 比 尺 效 应， 介绍了相关比尺效应的经验公式及应遵循的模型比尺 ， 指 出空化机理和 比尺效应的研 究还有待 进 一 步深入 ． 关 键词 ： 空化 ； ...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：364 | 上传日期：2013-10-13 15:31:00 | 文档星级：
    第 24 卷第 2期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 4 月 空化机理和比尺效应综述 杨 庆， 张建民， 戴光清， 王海云， 吴健强， 苏华英 ( 四川大学高速水力学 国家重点实验室 ， 四川 成都610065) 摘 要 ： 对空化 的形 成机 理 、 液 体 气核存在 机 理 、 空化发 生的 判别指 标 等进行 了总结 回顾 ， 综合分 析 了 液体 粘性 、 表 面张力 、 气核含 量和 压 强分布 等 因素对 空化 初 生 的影 响 ， 对 空化 试 验 中存 在 的 比 尺 效 应， 介绍了相关比尺效应的经验公式及应遵循的模型比尺 ， 指 出空化机理和 比尺效应的研 究还有待 进 一 步深入 ． 关 键词 ： 空化 ； 比尺 效应 ； 初 生空化 数 中图分 类号 ： TV 131． 3 2 文 献标识 码 ： A 文章编 号 ： 1006 — 7647(2004 )02 — 0059— 0 4 从 自 19 世 纪 后 半 叶在 螺 旋 桨 叶片 上 发现 空 化 ( cavitation)现象 以来， 空化现象 的理论 已经有 了很 大的发展， 并且空化现象所涉及的领域也越来越多， 但到 目前为止对空化 的机理仍需进一步研究 ． 随着 对水力 资源 的进一 步开 发 ， 一 些 巨型 电站陆 续 出现 ， 如溪洛 渡 、 向家坝 、 乌东 德 、 虎跳峡 等 ． 由高坝 导致 的 高速水流容易发生空化 ， 空化所引起的空蚀破坏会 严重影响系统的正常运行 ， 甚至造成重大的灾难性 工程事故， 如不及时采取措施 ， 将造成无法估量的损 失 ． 为了采取有效的防范措施 ， 必须对空化进行全面 深入 的研究 ． 1空化形成机理 空化是由于液流系统中的局部低压( 低于相应 温度下该液体的饱和蒸气压 ) 使液体蒸发 而引起 的 微气泡( 或称气核 )爆发性生长现象¨J ． 通常见到的 液体都不是纯液体 ， 里面含有许多微粒杂质 ． 这种微 气泡的半径 一般 在 20 gm 以下， 叫做气 核 或空 化 核 ] ． 假 如一个 球状 泡悬 浮于 液体 中 ， 则 泡 内外压强 的平衡 关系 为 p_p6 一警 (1 ) 式中： P ， P 分别为泡内、 外压强 ； R 为泡半径 ， 为表 面张力 系数 ． 由于空泡 中的气体是 由没有溶解的可溶解气体 或水蒸气组成 ， 显然大的气核受浮力的作用将逐渐 上升到水面而溃灭 ． 若气核 的内部含有不可溶解的 气体， 那么当气核半径小 到一定程度时， 靠液体分子 的布朗运动可以维持稳定悬。 由于泡内的气体溶 解需 要较 长 时间 ， 因此对 于短 暂 的历 时 ， 可 以认 为气 核内的气体是不可溶解 的． 当气核半径 由液体表面张力 引起的附加压力 2a／ R。 较大 ， 于是 核内气体压强将高于泡壁处 的流体压强 ， 核 内的气 体慢慢通过泡壁扩散而逐渐溶解 ， 最后气核消失 ． 从 以上分析可以得到如下结论 ： 大气核因浮力作用上 升至水面而逸 出， 小 气核则 由于气体的不断溶解而 溃灭 ， 称为气核悖论 ． 但 实际上 ， 却观察 到液 体中气 核 的持久 悬浮 ． 1944 年 ， Harvey 提 出 了稳 定 的气 泡 核 子 机 理 假 说 ： 未溶解 的气核可存在于憎水性 的固体缝 隙中， 因 为在这样的情况下 ， 表面张力将起着减小而不是增 加压力的作用 ， 因而气体并不是被强迫溶解 ， 而仍可 能保 持气 相 ． 1954 年 ， 福 克 斯 等 提 出 ， 微 小 气 核 之 所 以不 会 溶解 ， 是因为气核被有机薄膜所包 围． 高秋生 ]应用热力学原理， 对气泡核子作 了进一 步探讨 ， 并得 出在平面平衡条件下， 液体 内部不可能 稳定地存在纯蒸气泡 ， 在亲水性裂隙中气核是不可能 稳定存在的， 而在憎水性裂隙中气核是可以稳定存在 的． 近 30年来测核技术有了较大的发展 ， 各种测核方 法也随之出现 ， 如超声波法、 激光散射法L4 J和水动力 学法等 ， 各种 测量方 法均证实 了气 核 的存在 ． F ． R ． Gilm ore 引用 Kirwood— Bethe 假设 ， 引入 了粘 性可压缩性流体后对空泡运动方程进行 了修 正， 建 。 很小时 ， 基金项 目： 国家自然科学基金资助项 目(50209010) 作者简介 ： 杨庆 (1976一 ) ， 男， 重庆人 ． 博 士研究生 ， 主要从事工程水力学及水利 工程研究 · 59 ·

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